Η δομή των βακτηρίων και η ταξινόμηση τους. Χαρακτηριστικά της μορφολογίας και της δομής των μικροοργανισμών
ένα κοινό μέρος
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΔΙΑΓΝΩΣΤΙΚΗ ΛΟΙΜΩΜΑΤΙΣΤΩΝ
Shevchenko A.A., Shevchenko L.V., Chernykh O.Yu., Shevkoplyas V.N.
Περιφέρεια Κρασνοντάρ
Και το Τμήμα Διοίκησης Επιστημών και Εκπαίδευσης
Με την υποστήριξη του Ρωσικού Ιδρύματος Βασικής Έρευνας
ΚΡΑΣΝΟΔΑΡ
Vladimir Nikolaevich Shevkoplyas
Oleg Yuryevich Chernykh
Λιουντμίλα Βασίλιεβνα Σεφτσένκο
Alexander Alekseevich Shevchenko
ΓΕΩΠΟΝΙΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ
ΠΟΛΙΤΕΙΑ ΚΟΥΜΠΑΝ
Εκπαίδευση
ΡΩΣΙΚΗ ΟΜΟΣΠΟΝΔΙΑ
ΚΡΑΣΝΟΔΑΡ
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΔΙΑΓΝΩΣΤΙΚΗ ΛΟΙΜΩΤΙΚΩΝ ΠΑΘΗΣΕΩΝ ΤΩΝ ΖΩΩΝ
V.N. ΣΕΒΚΟΠΛΥΑΣ
O.Yu. ΜΑΥΡΟΣ
L. V. SHEVCHENKO
Α. Α. ΣΕΒΤΣΕΝΚΟ
ΓΕΩΠΟΝΙΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ
ΠΟΛΙΤΕΙΑ ΚΟΥΜΠΑΝ
Εκπαίδευση
ΡΩΣΙΚΗ ΟΜΟΣΠΟΝΔΙΑ
ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΓΕΩΡΓΙΑΣ
Ομοσπονδιακό κρατικό εκπαιδευτικό
ίδρυμα ανώτερου επαγγελματία
Φροντιστήριο
ΠΑΘΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΖΩΩΝ. Krasnodar: KubGAU, 2009. 584 σελ.
Ο οδηγός περιγράφει βασικά γενικά ζητήματα και τεχνικές
εργαστηριακή διάγνωση μολυσματικών ασθενειών των ζώων,
προκαλείται από βακτήρια και ιούς.
Για φοιτητές ανώτατων εκπαιδευτικών ιδρυμάτων σχολών
κτηνιατρικών και βιολογικών ειδικοτήτων.
ΑΡΙΘΜΕΝΟΙ:
Ι.Α. Bolotsky – Διδάκτωρ Κτηνιατρικών Επιστημών, Επικεφαλής. εργαστήριο
Krasnodar NIVI
Yu.F. Mishanin – Διδάκτωρ Βιολογικών Επιστημών, Ακαδημαϊκός της Ρωσικής Ακαδημίας Οικονομικών Επιστημών,
καθηγητής του Κρατικού Τεχνολογικού Ινστιτούτου Kuban
πανεπιστήμιο.
Ομοσπονδιακό Κρατικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Ανώτατης Επαγγελματικής Εκπαίδευσης "Κρατικό Αγροτικό Πανεπιστήμιο Kuban"
350044, Krasnodar, st. Καλίνινα, 13
Τα μικρόβια είναι κυρίως μονοκύτταροι, χωρίς χλωροφύλλη, προκαρυωτικοί οργανισμοί. Με βάση το σχήμα τους, τα μικρόβια ταξινομούνται σε σφαιρικά, σε σχήμα ράβδου και σε έλικα (Εικ. 1).
Ρύζι. 1. Κύριες μορφές μικροοργανισμών (διάγραμμα):
σφαιρικό: 1 - σταφυλόκοκκοι, 2 - διπλόκοκκοι, 3 - στρεπτόκοκκοι, 4 - τετρακόκκοι, 5 - σαρκίνα. σε σχήμα ράβδου: 6 - βακτήρια, 7 - στρεπτοβακτήρια, 8 - βάκιλλοι, 9 - στρεπτοβάκιλλοι. πτυχωτό:
10 - vibrios, 11 - spirilla, 12 - spirochetes.
Οι ράβδοι ή κυλινδρικές μορφές χωρίζονται συνήθως σε βακτήρια και βάκιλλους. Βακτήρια -ραβδοσχηματικές μορφές που δεν σχηματίζουν σπόρια (γραμμένο Bact, για παράδειγμα Bact. aceti). Βάκιλλοι -ραβδοσχήμες που σχηματίζουν σπόρια (σας γράφουν π.χ. Vas. subtilis). Τα βακτήρια και οι βάκιλλοι έχουν διαφορετικά σχήματα και μεγέθη. Τα άκρα των ραβδιών είναι συχνά στρογγυλεμένα, αλλά μπορούν να κοπούν σε ορθή γωνία (ο αιτιολογικός παράγοντας του άνθρακα), μερικές φορές να στενεύουν. Στα μικρά βακτήρια η διαφορά μεταξύ μήκους και πλάτους είναι μικρή. στην εμφάνιση μοιάζουν με κόκκους, γι' αυτό ονομάζονται τέτοιες μορφές κοκκοβακτήρια(ο αιτιολογικός παράγοντας της βρουκέλλωσης).
Οι μικροοργανισμοί που σχηματίζουν σπόρους χρωματίζονται κυρίως θετικά κατά Gram. Τα περισσότερα από αυτά έχουν σχήμα ράβδου και μόνο το Sporosarcina είναι σφαιρικό.
Ανάμεσα στις ραβδοσχηματικές μορφές που σχηματίζουν σπόρια διακρίνονται οι βάκιλλοι και τα κλωστρίδια. Βάκιλλοι, εκτός από εσάς. ανθρακίς, κινητό. Οι βάκιλλοι είναι αερόβιοι. Στους βάκιλλους, τα σπόρια δεν υπερβαίνουν το πάχος ενός βλαστικού κυττάρου. Τα κλωστρίδια είναι αναερόβια. Τα σπόρια είναι παχύτερα από ένα βλαστικό κύτταρο. Τέτοια σχήματα μοιάζουν με έναν άξονα, μια ρακέτα, ένα λεμόνι, ένα τύμπανο. Τα κλωστρίδια συμμετέχουν σε πολλές διεργασίες στη φύση. Είναι αιτιολογικοί παράγοντες αναερόβιων λοιμώξεων. Προκαλεί αμμωνίαση πρωτεϊνικών ουσιών, ουρία. Αποσυνθέτουν οργανοφωσφορικές ενώσεις. Διορθώστε το μοριακό άζωτο κ.λπ.
Οι ράβδοι, όπως και οι κόκκοι, μπορούν να τακτοποιηθούν σε ζευγάρια ή σε μια αλυσίδα. Όταν τα βακτήρια συνδυάζονται σε ζευγάρια, σχηματίζονται διπλοβακτήρια,με την ίδια σύνδεση βακίλλων - διπλοβάκιλλος.Αναλόγως, στρεπτοβακτήριαΚαι στρεπτοβάκιλλοι,εάν τα κύτταρα είναι διατεταγμένα σε μια αλυσίδα. Τα τετράδια και τα πακέτα δεν σχηματίζουν ράβδους, αφού χωρίζονται σε ένα επίπεδο, κάθετο στον διαμήκη άξονα. Ο όρος «βακτήρια» χρησιμοποιείται για να προσδιορίσει ράβδους που δεν σχηματίζουν σπόρια, και αυτό είναι σωστό, ενώ πολλοί συγγραφείς τον χρησιμοποιούν ως συλλογική ονομασία για διάφορους μικροοργανισμούς. Πιστεύουμε ότι αντί για «βακτήρια» θα πρέπει να χρησιμοποιείται η λέξη «μικροοργανισμοί» ή «μικρόβια» για συντομία.
Οι σύνθετες μορφές μικροβίων καθορίζονται όχι μόνο από το μήκος και τη διάμετρο, αλλά και από τον αριθμό των μπούκλες. Vibriosμοιάζουν με κόμμα σε σχήμα. Spirilla- περίπλοκες φόρμες, σχηματίζοντας έως και 3-5 μπούκλες. Σπειροχαίτες -λεπτά μακριά μπερδεμένα σχήματα με πολλές μπούκλες. Καταλαμβάνουν μια ενδιάμεση θέση μεταξύ βακτηρίων και πρωτόζωων. Μυκοβακτήρια -ράβδοι με πλευρικές εκβολές (παθογόνα φυματίωσης, παραφυματίωση). Κορυνοβακτήριαμοιάζουν με μυκοβακτήρια, αλλά διαφέρουν από αυτά με παχύνσεις που σχηματίζονται στα άκρα και εγκλείσματα κόκκων στο κυτταρόπλασμα (βάκιλος της διφθερίτιδας). νηματοειδήςΤα βακτήρια είναι πολυκύτταροι οργανισμοί που έχουν σχήμα νήματος. Μυξοβακτήρια -ολισθαίνοντα μικρόβια σε σχήμα ράβδου ή ατράκτου. Προστεκοβακτήριαμπορεί να έχει τριγωνικό ή άλλο σχήμα. Μερικά από αυτά έχουν ακτινική συμμετρία. Τέτοιοι οργανισμοί πήραν το όνομά τους από την παρουσία αιχμηρών εκβλαστήσεων - προστέκ. Αναπαράγονται με διαίρεση ή εκβλάστηση. Έτσι, σε τριγωνικές μορφές, σχηματίζεται ένα μπουμπούκι σε μια από τις κορυφές, το οποίο διαχωρίζεται όταν φτάσει στο μέγεθος του μητρικού κυττάρου. Με τη βοήθεια προσθετικών που βρίσκονται στις άλλες δύο κορυφές, συλλαμβάνεται η τροφή. Τα προστεκοβακτήρια είναι συνήθως μη κινητικά. κινητές φόρμες σχηματίζουν κυκλικές κινήσεις. Δεν σχηματίζουν σπόρια και δεν λεκιάζουν σύμφωνα με το Gram. Αναπτύσσονται σε μέσο πατάτας (άγαρ) σε θερμοκρασία 28 °C.
Τα μεγέθη των μικροβίων Τα μικρόβια είναι μικροσκοπικοί οργανισμοί. Τα μεγέθη τους προσδιορίζονται σε μικρόμετρα (μm) (10-6 m σύμφωνα με το σύστημα SI). Η διάμετρος των σφαιρικών σχημάτων είναι 0,7-1,2 μικρά. μήκος ράβδου
1,6-10 microns, πλάτος 0,3-1 microns. Οι ιοί είναι ακόμη μικρότερα πλάσματα. Τα μεγέθη τους προσδιορίζονται σε νανόμετρα (1 nm = 10-9 m).
Κατά προσέγγιση μεγέθη μερικών μικροβίων, μικρά
Όταν μιλάμε για βακτήρια, τις περισσότερες φορές φανταζόμαστε κάτι αρνητικό. Και όμως γνωρίζουμε ελάχιστα για αυτούς. Η δομή και η δραστηριότητα των βακτηρίων είναι αρκετά πρωτόγονη, αλλά, σύμφωνα με ορισμένους επιστήμονες, είναι οι αρχαιότεροι κάτοικοι της Γης και για τόσα χρόνια δεν έχουν εξαφανιστεί ή εξαφανιστεί. Πολλοί τύποι τέτοιων μικροοργανισμών χρησιμοποιούνται από τον άνθρωπο για δικό τους όφελος, ενώ άλλοι προκαλούν σοβαρές ασθένειες, ακόμη και επιδημίες. Αλλά η βλάβη ορισμένων βακτηρίων μερικές φορές δεν είναι ανάλογη με τα οφέλη άλλων. Ας μιλήσουμε για αυτούς τους καταπληκτικούς μικροοργανισμούς και ας γνωρίσουμε τη δομή, τη φυσιολογία και την ταξινόμησή τους.
Βασίλειο των βακτηρίων
Πρόκειται για μη πυρηνικούς, τις περισσότερες φορές μονοκύτταρους μικροοργανισμούς. Η ανακάλυψή τους το 1676 είναι η αξία του Ολλανδού επιστήμονα A. Leeuwenhoek, ο οποίος είδε για πρώτη φορά μικροσκοπικά βακτήρια στο μικροσκόπιο. Αλλά ο Γάλλος χημικός και μικροβιολόγος Λουί Παστέρ άρχισε για πρώτη φορά να μελετά τη φύση, τη φυσιολογία και τον ρόλο τους στην ανθρώπινη ζωή τη δεκαετία του 1850. Η δομή των βακτηρίων άρχισε να μελετάται ενεργά με την εμφάνιση των ηλεκτρονικών μικροσκοπίων. Το κύτταρο του αποτελείται από μια κυτταροπλασματική μεμβράνη, ένα ριβόσωμα και ένα νουκλεοτίδιο. Το DNA ενός βακτηρίου είναι συγκεντρωμένο σε ένα μέρος (νουκλεόπλασμα) και είναι μια μπάλα από λεπτές κλωστές. Το κυτταρόπλασμα διαχωρίζεται από το κυτταρικό τοίχωμα με μια κυτταροπλασματική μεμβράνη που περιέχει το νουκλεοτίδιο, διάφορα συστήματα μεμβράνης και κυτταρικά εγκλείσματα. Το βακτηριακό ριβόσωμα αποτελείται από 60% RNA, το υπόλοιπο είναι πρωτεΐνη. Η παρακάτω φωτογραφία δείχνει τη δομή της σαλμονέλας.
Κυτταρικό τοίχωμα και τα συστατικά του
Τα βακτήρια έχουν κυτταρική δομή. Το κυτταρικό τοίχωμα έχει πάχος περίπου 20 nm και, σε αντίθεση με τα ανώτερα φυτά, δεν έχει ινώδη δομή. Η αντοχή του εξασφαλίζεται από ένα ειδικό κάλυμμα που ονομάζεται τσάντα. Αποτελείται κυρίως από μια πολυμερή ουσία - μουρεΐνη. Τα συστατικά του (υπομονάδες) συνδέονται με μια ορισμένη σειρά σε ειδικούς κλώνους πολυγλυκάνης. Μαζί με μικρά πεπτίδια, σχηματίζουν ένα μακρομόριο που μοιάζει με δίκτυο. Αυτός είναι ο σάκος μουρείνης.
Όργανα κίνησης
Αυτοί οι μικροοργανισμοί είναι ικανοί για ενεργή κίνηση. Διεξάγεται λόγω πλασματικών μαστιγίων, τα οποία έχουν ελικοειδή δομή. Τα βακτήρια μπορούν να κινούνται με ταχύτητες έως και 200 μικρά το δευτερόλεπτο και να περιστρέφονται γύρω από τον άξονά τους 13 φορές το δευτερόλεπτο. Η ικανότητα των μαστιγίων να κινούνται εξασφαλίζεται από μια ειδική συσταλτική πρωτεΐνη - μαστιγίνη (ένα ανάλογο της μυοσίνης στα μυϊκά κύτταρα).
Οι διαστάσεις τους είναι οι εξής: μήκος - έως 20 μικρά, διάμετρος - 10-20 nm. Κάθε μαστίγιο προκύπτει από ένα βασικό σώμα, το οποίο είναι ενσωματωμένο στο βακτηριακό κυτταρικό τοίχωμα. Τα όργανα κίνησης μπορεί να είναι μεμονωμένα ή διατεταγμένα σε ολόκληρα τσαμπιά, όπως, για παράδειγμα, στη σπιρίλια. Ο αριθμός των μαστιγίων μπορεί να εξαρτάται από τις περιβαλλοντικές συνθήκες. Για παράδειγμα, ο Proteus vulgaris, με κακή διατροφή, έχει μόνο δύο υποπολικά μαστίγια, ενώ υπό κανονικές συνθήκες ανάπτυξης μπορεί να υπάρχουν από 2 έως 50 σε δέσμες.
Μετακίνηση μικροοργανισμών
Η δομή του βακτηρίου (διάγραμμα παρακάτω) είναι τέτοια που μπορεί να κινηθεί αρκετά ενεργά. Η κίνηση στις περισσότερες περιπτώσεις συμβαίνει λόγω πρόωσης και συμβαίνει κυρίως σε υγρό ή υγρό περιβάλλον. Ανάλογα με τον ενεργό παράγοντα, με άλλα λόγια, τον τύπο του εξωτερικού ερεθίσματος, μπορεί να είναι:
- Η χημειοταξία είναι η κατευθυνόμενη κίνηση των βακτηρίων προς τα θρεπτικά συστατικά ή, αντίθετα, μακριά από τυχόν τοξίνες.
- aerotaxis - κίνηση προς το οξυγόνο (σε αερόβια) ή μακριά από αυτό (σε αναερόβια).
- φωτοταξία - μια αντίδραση στο φως, που εκδηλώνεται με κίνηση, είναι χαρακτηριστική κυρίως των φωτοτροφών.
- magnetotaxis - μια αντίδραση σε αλλαγές στο μαγνητικό πεδίο, εξηγείται από την παρουσία ειδικών σωματιδίων (μαγνητοσωμάτων) σε ορισμένους μικροοργανισμούς.
Με έναν από τους αναφερόμενους τρόπους, τα βακτήρια, τα δομικά χαρακτηριστικά των οποίων τους επιτρέπουν να κινούνται, μπορούν να δημιουργήσουν συστάδες σε μέρη με βέλτιστες συνθήκες για τη ζωή τους. Εκτός από τα μαστίγια, ορισμένα είδη έχουν πολυάριθμα λεπτότερα νημάτια - ονομάζονται "fimbriae" ή "pili", αλλά η λειτουργία τους δεν έχει ακόμη μελετηθεί επαρκώς. Τα βακτήρια που δεν έχουν ειδικά μαστίγια είναι ικανά να ολισθαίνουν, αν και χαρακτηρίζονται από πολύ χαμηλή ταχύτητα: περίπου 250 μικρά ανά λεπτό.
Η δεύτερη μικρή ομάδα βακτηρίων είναι τα αυτότροφα. Είναι ικανά να συνθέτουν οργανικές ουσίες από ανόργανες ουσίες, μπορούν να απορροφήσουν εν μέρει το διοξείδιο του άνθρακα της ατμόσφαιρας και είναι χημειοτροφικά. Αυτά τα βακτήρια κατέχουν πολύ σημαντική θέση στον κύκλο των χημικών στοιχείων στη φύση.
Υπάρχουν επίσης δύο ομάδες αληθινών φωτοτροφών. Τα δομικά χαρακτηριστικά των βακτηρίων αυτής της κατηγορίας είναι ότι περιέχουν μια ουσία (χρωστική ουσία) βακτηριοχλωροφύλλη, η οποία είναι παρόμοια στη φύση με τη φυτική χλωροφύλλη, και δεδομένου ότι δεν διαθέτουν φωτοσύστημα II, η φωτοσύνθεση λαμβάνει χώρα χωρίς την απελευθέρωση οξυγόνου.
Αναπαραγωγή κατά διαίρεση
Η κύρια μέθοδος αναπαραγωγής είναι η διαίρεση του αρχικού μητρικού κυττάρου στα δύο (αμίτωση). Για φόρμες που έχουν επίμηκες σχήμα, αυτό συμβαίνει πάντα κάθετα στον διαμήκη άξονα. Η δομή του βακτηρίου υφίσταται βραχυπρόθεσμες αλλαγές: σχηματίζεται ένα εγκάρσιο χώρισμα από την άκρη του κυττάρου προς τη μέση, κατά μήκος του οποίου στη συνέχεια διαιρείται ο μητρικός οργανισμός. Αυτό εξηγεί το παλιό όνομα του βασιλείου - Drobyanki. Μετά τη διαίρεση, τα κύτταρα μπορούν να παραμείνουν συνδεδεμένα σε ασταθείς, χαλαρές αλυσίδες.
Αυτά είναι τα διακριτικά δομικά χαρακτηριστικά ορισμένων τύπων βακτηρίων, για παράδειγμα, οι στρεπτόκοκκοι.
Σπορίωση και σεξουαλική αναπαραγωγή
Η δεύτερη μέθοδος αναπαραγωγής είναι η σπορίωση. Σχετίζεται άμεσα με την επιθυμία προσαρμογής σε δυσμενείς συνθήκες και αποσκοπεί στην επιβίωσή τους. Σε ορισμένα βακτήρια σε σχήμα ράβδου, τα σπόρια σχηματίζονται ενδογενώς, δηλαδή μέσα στο κύτταρο. Είναι πολύ ανθεκτικά στη θερμότητα και μπορούν να διατηρηθούν ακόμα και μετά από παρατεταμένο βράσιμο. Ο σχηματισμός σπορίων ξεκινά με διάφορες χημικές αντιδράσεις στο μητρικό κύτταρο, κατά τις οποίες αποσυντίθεται περίπου το 75% όλων των πρωτεϊνών του. Τότε γίνεται διαίρεση. Σε αυτή την περίπτωση σχηματίζονται δύο θυγατρικά κύτταρα. Ένα από αυτά (το μικρότερο) καλύπτεται με ένα παχύ κέλυφος, το οποίο μπορεί να καταλάβει έως και 50% κατ' όγκο - αυτό είναι το σπόριο. Παραμένει βιώσιμο και έτοιμο να βλαστήσει για 200-300 χρόνια.
Ορισμένα είδη είναι ικανά για σεξουαλική αναπαραγωγή. Αυτή η διαδικασία ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά το 1946, όταν μελετήθηκε η δομή του κυττάρου του βακτηρίου Escherichia coli. Αποδείχθηκε ότι είναι δυνατή η μερική μεταφορά γενετικού υλικού. Δηλαδή, θραύσματα DNA μεταφέρονται από το ένα κύτταρο (δότη) σε ένα άλλο (δέκτη) μέσω της διαδικασίας της σύζευξης. Αυτό γίνεται με τη βοήθεια βακτηριοφάγων ή με μετασχηματισμό.
Η δομή του βακτηρίου και τα χαρακτηριστικά της φυσιολογίας του είναι τέτοια που υπό ιδανικές συνθήκες η διαδικασία διαίρεσης συμβαίνει συνεχώς και πολύ γρήγορα (κάθε 20-30 λεπτά). Όμως στο φυσικό περιβάλλον περιορίζεται από διάφορους παράγοντες (ηλιοφάνεια, θρεπτικό μέσο, θερμοκρασία κ.λπ.).
Η ταξινόμηση αυτών των μικροοργανισμών βασίζεται στη διαφορετική δομή του βακτηριακού κυτταρικού τοιχώματος, η οποία καθορίζει τη διατήρηση της χρωστικής ανιλίνης στο κύτταρο ή την έκπλυση της. Αυτό αναγνωρίστηκε από τον H. K. Gram και στη συνέχεια, σύμφωνα με το όνομά του, εντοπίστηκαν δύο μεγάλα τμήματα μικροοργανισμών, τα οποία θα συζητήσουμε παρακάτω.
Θετικά κατά Gram βακτήρια: δομικά χαρακτηριστικά και ζωτικές λειτουργίες
Αυτοί οι μικροοργανισμοί έχουν πολυστρωματικό κάλυμμα μουρεΐνης (30-70% της συνολικής ξηρής μάζας του κυτταρικού τοιχώματος), λόγω του οποίου η χρωστική ανιλίνης δεν ξεπλένεται από τα κύτταρα (στην παραπάνω φωτογραφία, η δομή ενός gram-θετικού βακτηρίου εμφανίζεται σχηματικά στα αριστερά και το gram-αρνητικό στα δεξιά). Η ιδιαιτερότητά τους είναι ότι το διαμινοπιμελικό οξύ συχνά αντικαθίσταται από λυσίνη. Η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη είναι πολύ χαμηλότερη και οι πολυσακχαρίτες απουσιάζουν ή συνδέονται με ομοιοπολικούς δεσμούς. Όλα τα βακτήρια σε αυτό το τμήμα χωρίζονται σε διάφορες ομάδες:
- Gram-θετικοί κόκκοι.Είναι μεμονωμένα κύτταρα ή ομάδες δύο, τεσσάρων ή περισσότερων κυττάρων (μέχρι 64), που συγκρατούνται μεταξύ τους από κυτταρίνη. Ανά τύπο διατροφής, αυτά είναι, κατά κανόνα, υποχρεωτικά ή προαιρετικά αναερόβια, για παράδειγμα, βακτήρια γαλακτικού οξέος από την οικογένεια των Στρεπτοκοκκικών, αλλά μπορεί να υπάρχουν και αερόβια.
- Ράβδοι που δεν σχηματίζουν σπόρια.Με το όνομα μπορείτε ήδη να καταλάβετε τη δομή του βακτηριακού κυττάρου. Αυτή η ομάδα περιλαμβάνει αναερόβια ή προαιρετικά αερόβια είδη γαλακτικού οξέος από την οικογένεια Lactobacillus.
- Ράβδοι σχηματισμού σπορίων.Αντιπροσωπεύονται από μία μόνο οικογένεια - Clostridia. Είναι υποχρεωτικά αναερόβια ικανά να σχηματίζουν σπόρια. Πολλά από αυτά σχηματίζουν χαρακτηριστικές αλυσίδες ή νήματα μεμονωμένων κυττάρων.
- Κορυνεμορφικοί μικροοργανισμοί.Η εξωτερική δομή του βακτηριακού κυττάρου αυτής της ομάδας μπορεί να αλλάξει σημαντικά. Έτσι, οι ράβδοι μπορούν να αποκτήσουν σχήμα ρόμπας, κοντές, κόκκους ή ασθενώς διακλαδισμένες μορφές. Δεν σχηματίζουν ενδοσπόρια. Αυτά περιλαμβάνουν προπιονικό οξύ, βακτήρια στρεπτομυκήτων κ.λπ.
- Μυκοπλάσματα.Εάν προσέξετε τη δομή του βακτηρίου (το διάγραμμα στο παρακάτω σχήμα - το βέλος δείχνει την αλυσίδα του DNA), μπορείτε να σημειώσετε ότι δεν έχει κυτταρικό τοίχωμα (αντ' αυτού υπάρχει κυτταροπλασματική μεμβράνη) και, επομένως, δεν χρωματίζεται με βαφή ανιλίνης, επομένως δεν μπορεί να ταξινομηθεί ως αυτή η ενότητα με βάση τη χρώση κατά Gram. Αλλά σύμφωνα με πρόσφατη έρευνα, τα μυκόπλασμα προέρχονται από gram-θετικούς μικροοργανισμούς.
Gram-αρνητικά βακτήρια: λειτουργίες, δομή
Σε τέτοιους μικροοργανισμούς, το δίκτυο μουρεΐνης είναι πολύ λεπτό, το μερίδιό του στην ξηρή μάζα ολόκληρου του κυτταρικού τοιχώματος είναι μόνο 10%, το υπόλοιπο είναι λιποπρωτεΐνες, λιποπολυσακχαρίτες κ.λπ. Οι ουσίες που λαμβάνονται κατά τη χρώση κατά Gram ξεπλένονται εύκολα. Ανάλογα με τον τύπο διατροφής, τα gram-αρνητικά βακτήρια είναι φωτότροφα ή χημειοτροφικά ορισμένα είδη είναι ικανά για φωτοσύνθεση. Η ταξινόμηση εντός του τμήματος βρίσκεται σε διαδικασία διαμόρφωσης διάφορες οικογένειες συνδυάζονται σε 12 ομάδες, με βάση τα χαρακτηριστικά της μορφολογίας, του μεταβολισμού και άλλων παραγόντων.
Η σημασία των βακτηρίων για τον άνθρωπο
Παρά το φαινομενικά αόρατό τους, τα βακτήρια έχουν μεγάλη σημασία για τον άνθρωπο, τόσο θετικά όσο και αρνητικά. Η παραγωγή πολλών προϊόντων διατροφής είναι αδύνατη χωρίς τη συμμετοχή μεμονωμένων εκπροσώπων αυτού του βασιλείου. Η δομή και η δραστηριότητα των βακτηρίων μας επιτρέπει να λαμβάνουμε πολλά γαλακτοκομικά προϊόντα (τυριά, γιαούρτια, κεφίρ και πολλά άλλα). Αυτοί οι μικροοργανισμοί εμπλέκονται στις διαδικασίες του τουρσί και της ζύμωσης.
Πολυάριθμοι τύποι βακτηρίων είναι αιτιολογικοί παράγοντες ασθενειών σε ζώα και ανθρώπους, όπως ο άνθρακας, ο τέτανος, η διφθερίτιδα, η φυματίωση, η πανώλη κ.λπ. Αλλά ταυτόχρονα, μικροοργανισμοί εμπλέκονται σε διάφορες βιομηχανικές παραγωγές: γενετική μηχανική, παραγωγή αντιβιοτικών, ενζύμων και άλλες πρωτεΐνες, τεχνητή αποσύνθεση των αποβλήτων (για παράδειγμα, πέψη μεθανίου των λυμάτων), εμπλουτισμός μετάλλων. Ορισμένα βακτήρια αναπτύσσονται σε υποστρώματα πλούσια σε προϊόντα πετρελαίου και αυτό χρησιμεύει ως δείκτης κατά την αναζήτηση και την ανάπτυξη νέων κοιτασμάτων.
Έτσι, τα μικρόβια είναι οι μικρότεροι ζωντανοί οργανισμοί που είναι αόρατοι με γυμνό μάτι. Όπως μάθαμε από το προηγούμενο κεφάλαιο, τα μικρόβια περιλαμβάνουν διάφορες μορφές ζωντανής ύλης, που έχουν τόσο κυτταρική όσο και μη κυτταρική οργάνωση.
Διακρίνονται οι ακόλουθες κύριες ομάδες μικροβίων: πρωτόζωα, μικροσκοπικοί μύκητες και ζυμομύκητες, ακτινομύκητες, βακτήρια και σπειροχαίτες, ρικέτσια, φιλτραριζόμενοι ιοί.
Κάθε ομάδα έχει ιδιότητες που είναι περισσότερο ή λιγότερο χαρακτηριστικές για όλα τα μέλη της ομάδας, υποδεικνύοντας την κοινή τους προέλευση και την ποικίλη πολυπλοκότητα της οργάνωσης.
Βρίσκουμε τον υψηλότερο βαθμό οργάνωσης μεταξύ των εκπροσώπων της ομάδας των πρωτοζώων. Πρόκειται για μονοκύτταρους οργανισμούς ζωικής προέλευσης. Είναι σχετικά μεγάλα σε μέγεθος - έως 40–50 μικρά (ένα μικρό ισούται με ένα χιλιοστό του χιλιοστού). Παρατηρήθηκαν κυρίως από τους πρώτους μικροσκόπους του 17ου και 18ου αιώνα μέσα από τους μεγεθυντικούς φακούς τους. Η κυτταρική δομή ορισμένων πρωτόζωων είναι εξαιρετικά περίπλοκη. Ας εξετάσουμε, ως παράδειγμα, τη δομή των βλεφαρίδων - έναν από τους πιο κοινούς εκπροσώπους των απλούστερων ζώων στη φύση, που μπορεί να βρεθεί σχεδόν σε οποιαδήποτε λακκούβα (Εικ. 10). Εδώ στο ίδιο κύτταρο βρίσκουμε έναν πυρήνα με έναν πυρήνα και πολλά όργανα κίνησης - βλεφαρίδες που περιβάλλουν μια παχιά κυτταρική μεμβράνη και ένα στοματικό άνοιγμα με ένα φάρυγγα και όργανα απέκκρισης - σκόνη και τα λεγόμενα συσταλτικά κενοτόπια και ένα πολύπλοκο δίκτυο από μικροσκοπικές μυϊκές ίνες, που επιτρέπουν στα βλεφαροειδή να λυγίζουν ενεργά.
Ρύζι. 10.Πρωτόζωα. Κιλιάτες:
Εγώ- πυρήνας σολ- φάρυγγας Φ/Β- πεπτικό κενοτόπιο ΒΑ- συσταλτικές χυμοτόπιο; Π- σκόνη
Ρύζι. έντεκα.Πρωτόζωα. Ραδιολαρία
Ρύζι. 12.Πρωτόζωα. Αμοιβάδα
Η δομή της επόμενης ομάδας μικροβίων είναι πιο ομοιόμορφη - οι μύκητες, οι οποίοι, μαζί με τους ακτινομύκητες και τα βακτήρια, ανήκουν ήδη σε φυτικούς οργανισμούς. Αυτοί είναι είτε μονοκύτταροι είτε πολυκύτταροι οργανισμοί. Το κύτταρο αποτελείται από πρωτόπλασμα με έναν πυρήνα που περιβάλλεται από μια παχύτερη μεμβράνη. Το σώμα ορισμένων μικροσκοπικών μυκήτων αποτελείται από πολλά κύτταρα συνδεδεμένα σε αλληλένδετα νήματα. Πρόκειται για τους λεγόμενους μύκητες ή μούχλες (Εικ. 13). Μπορούν να τρέφονται με μεγάλη ποικιλία οργανικών ουσιών και, δεδομένης της επαρκής υγρασίας, συχνά αναπτύσσονται σε ψωμί, δημητριακά, δερμάτινα είδη, μελάνι και άλλα αντικείμενα. Αν και τα καλούπια αποτελούνται από πολλά κύτταρα, κάθε μεμονωμένο κύτταρο είναι ικανό να αναπτυχθεί σε έναν ολόκληρο οργανισμό. Ορισμένα καλούπια έχουν μεγάλη πρακτική σημασία: από αυτά εξάγονται υπέροχα φάρμακα, όπως η πενικιλίνη.
Ρύζι. 13.Μούχλα πενικιλίου:
ΕΝΑ- καρποφόρα σώματα του μύκητα - κονίδια που κάθονται στο κονιδιοφόρο ( σι); ΣΕ- ένα νήμα μύκητα, το λεγόμενο "hypha"
Άλλοι τύποι μικροσκοπικών μυκήτων υπάρχουν ως μεμονωμένα ωοειδή ή στρογγυλά κύτταρα. Αυτό είναι μαγιά. Μερικοί τύποι μαγιάς χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία τροφίμων (Εικ. 14). Μεταξύ των μυκήτων υπάρχουν επίσης αιτιολογικοί παράγοντες μολυσματικών ασθενειών σε ανθρώπους, ζώα και φυτά. Ιδιαίτερα συχνά, οι μύκητες προκαλούν διάφορες δερματικές παθήσεις: ψώρα, δακτυλίτιδα, τσίχλα, επιδερμοφυτίωση.
Ρύζι. 14.Μαγιά:
ΕΝΑ- κύτταρο ζύμης? σι- κύτταρο σε διαδικασία εκβλάστησης. ΣΕ- κύτταρο σε διαδικασία ταχείας εκβλάστησης και ανάπτυξης. σολ- σχηματισμός σπορίων μέσα στο κύτταρο. ρε- βλάστηση σπορίων
Οι ακτινομύκητες είναι μια ενδιάμεση ομάδα μεταξύ μυκήτων και βακτηρίων. Μοιάζουν με τους μύκητες στο ότι το σώμα τους αποτελείται επίσης από πολλά κύτταρα και σχηματίζει διακλαδιζόμενα, πλεγμένα νήματα, μόνο που αυτά τα νήματα είναι πολύ πιο λεπτά από τα νήματα των μυκήτων και έχουν πάχος κοντά στα βακτήρια (Εικ. 15). Αυτό που τα κάνει παρόμοια με τα βακτήρια είναι η απουσία ξεχωριστών πυρήνων στα κύτταρα. Η πυρηνική ουσία στους ακτινομύκητες και τα βακτήρια κατανέμεται σε όλο το πρωτόπλασμα του κυττάρου. Αυτοί οι μύκητες που μοιάζουν με βακτήρια είναι εξαιρετικά ανεπιτήδευτοι στην επιλογή τροφής και τρέφονται με ουσίες που είναι ακατάλληλες για τη διατροφή των περισσότερων άλλων οργανισμών. Επομένως, οι ακτινομύκητες είναι πολύ διαδεδομένοι στη φύση.
Ρύζι. 15.Συγκριτικό μέγεθος ακτινομυκήτων και νημάτων μούχλας:
ΕΝΑ- ακτινομύκητας; σι- μύκητας μούχλας (αύξηση - 500;)
Η δομή των βακτηρίων είναι ακόμα πιο απλή (Εικ. 16). Τα περισσότερα βακτήρια είναι μονοκύτταροι οργανισμοί που κυμαίνονται σε μέγεθος από 1 έως 5 μικρά. Τα βακτήρια διαφέρουν ελάχιστα ως προς το σχήμα του σώματός τους. Μόνο τρεις κύριες μορφές είναι γνωστές: σφαιρική, ραβδοσχήμη και έλικα. Τα βακτήρια που έχουν σφαιρικό σχήμα ονομάζονται κόκκοι, τα σε σχήμα ράβδου ονομάζονται βακτήρια και βάκιλλοι και τα σύνθετα ονομάζονται vibrios και spirilla. Μερικοί τύποι βακτηρίων έχουν μαστίγια με τα οποία κινούνται (Εικ. 17).
Ρύζι. 16.Βακτήρια:
1–6 - διάφορα είδη σφαιρικών βακτηρίων. 7–9 - βακτήρια σε σχήμα ράβδου. 10–12 - σύνθετες μορφές βακτηρίων
Ρύζι. 17.Όργανα κίνησης βακτηρίων - μαστιγίων
Παρά τη σχετική ομοιομορφία της μορφής τους, τα βακτήρια είναι εξαιρετικά διαφορετικά στις εκδηλώσεις της ζωής τους. Πολλά από αυτά είναι αιτιολογικοί παράγοντες μιας σειράς μολυσματικών ανθρώπινων ασθενειών - πανώλης, χολέρα, τυφοειδής πυρετός, δυσεντερία κ.λπ. Πολλά προκαλούν μολυσματικές ασθένειες ζώων και φυτών. Τα βακτήρια αναπαράγονται με εγκάρσια διαίρεση σε δύο μέρη. Σχεδόν όλα τα γνωστά βακτήρια μπορούν να αναπτυχθούν σε τεχνητά θρεπτικά μέσα.
Η επόμενη ομάδα - η ρικέτσια - είναι, λες, μεταβατική μεταξύ βακτηρίων και ιών. Σε ορισμένες από τις ιδιότητές τους, οι ρικέτσιες είναι παρόμοιες με τα βακτήρια και σε άλλες είναι παρόμοιες με τους ιούς. Ακριβώς όπως τα βακτήρια, έχουν μια κυτταρική δομή, αλλά το μέγεθος των κυττάρων τους είναι εξαιρετικά μικρό - σημαντικά λιγότερο από 1 μικρό. Είναι ελάχιστα ορατά όταν τα δει κανείς μέσω μικροσκοπίου με μεγέθυνση 1500–2000 φορές, αλλά δεν περνούν από φίλτρα που επιτρέπουν στους ιούς να περάσουν, γι' αυτό διαφέρουν από τους ιούς.
Όλες αυτές οι ιδιότητες -η αναπαραγωγή, η κληρονομικότητα, η μεταβλητότητα, η ικανότητα προσαρμογής και εξέλιξης- είναι εγγενείς μόνο στη ζωντανή ύλη. Γι' αυτό θεωρούμε ότι οι ιοί είναι ζωντανοί.
Έτσι, γνωρίσαμε εν συντομία τη δομή των κύριων ομάδων μικροβίων. Αποδείχθηκε ότι σε αυτόν τον κόσμο των μικρότερων ζωντανών σωμάτων δεν υπάρχει λιγότερη ποικιλομορφία δομής από ό,τι μεταξύ των πολυκύτταρων ζώων και φυτών ορατά με γυμνό μάτι - από πολλά μόρια μιας ιικής πρωτεΐνης, που στέκεται στα όρια της άψυχης ύλης, αλλά εξακολουθεί να έχει όλες τις πιο σημαντικές ιδιότητες των έμβιων όντων, μέχρι το πιο περίπλοκο βλεφαροφόρο κύτταρο.
Σε επόμενο κεφάλαιο θα μάθουμε πώς δημιουργήθηκαν τα σύγχρονα μικρόβια. Μαθαίνουμε ότι η ζωή, αυτή η υψηλότερη μορφή ύπαρξης της ύλης, δεν προέκυψε αμέσως με τη μορφή ενός τελειωμένου κυττάρου, αλλά μέσω μιας σειράς όλο και πιο περίπλοκων μη κυτταρικών σταδίων ανάπτυξης πρωτεΐνης. «Πιθανόν να πέρασαν χιλιάδες χρόνια», έγραψε ο Ένγκελς, «μέχρι να δημιουργηθούν συνθήκες κάτω από τις οποίες έγινε δυνατό το επόμενο βήμα προς τα εμπρός, και από αυτήν την άμορφη πρωτεΐνη προέκυψε το πρώτο κύτταρο μέσω του σχηματισμού ενός πυρήνα και ενός κελύφους» ( Φ. Ένγκελς, Διαλεκτική της Φύσης, 1950, σ. 13).
Τα διαφορετικά μικρόβια έχουν διαφορετικά μεγέθη. Σε αυτόν τον κόσμο του αόρατου υπάρχουν και γίγαντες και νάνοι. Σε σύγκριση με ένα σωματίδιο του ιού της πολιομυελίτιδας (ένα παθογόνο που επιτίθεται στο ανθρώπινο νευρικό σύστημα) με διάμετρο 10 χιλιοστά του μικρού, ένα κύτταρο ζυμομύκητα με διάμετρο 10 μικρά είναι ένας γίγαντας, 1000 φορές μεγαλύτερος από τον ιό. Και το κύτταρο ζύμης δεν είναι ακόμη το μεγαλύτερο μικρόβιο. Υπάρχουν επίσης γιγάντια βακτήρια, για παράδειγμα, το βακτήριο του θείου, το λεγόμενο beggiatoa, του οποίου η διάμετρος κυττάρων είναι 40 μικρά. Αλλά όταν συγκρίνουμε τα μεγέθη των μικροβίων, θα πρέπει να λάβουμε υπόψη όχι μόνο τη διάμετρο, αλλά και τις ογκομετρικές τους διαστάσεις. Ένα μικρό σφαιρικό βακτήριο που ονομάζεται σταφυλόκοκκος, το οποίο προκαλεί πυογόνες ασθένειες στον άνθρωπο, έχει διάμετρο 1 μm. Η διάμετρος ενός σφαιρικού ιού γρίπης είναι 1/10 micron. Λες και η διαφορά δεν είναι τόσο μεγάλη, μόνο 10 φορές. Μετρήστε όμως πόσες μπάλες με διάμετρο 1/10 micron μπορούν να τοποθετηθούν σε μια μπάλα με διάμετρο 1 micron!
Αναπόφευκτα προκύπτει το ερώτημα: μπορούν πραγματικά τα μικρόβια να παίξουν μεγάλο ρόλο στη φύση με τόσο ασήμαντες αξίες; Τι μπορεί να κάνει ένα σώμα που είναι χιλιάδες και δεκάδες χιλιάδες φορές μικρότερο σε μέγεθος από έναν κόκκο άμμου;
Είναι αλήθεια ότι ένα μεμονωμένο μικροβιακό άτομο είναι πολύ μικρό για να παράγει ένα αξιοσημείωτο αποτέλεσμα, αλλά λόγω της ικανότητάς του να πολλαπλασιάζονται εξαιρετικά γρήγορα, τα μικρόβια λειτουργούν πάντα σε μεγάλες συσσωματώσεις που αριθμούν δισεκατομμύρια άτομα.
Ο μέσος ρυθμός διαίρεσης ενός βακτηρίου που τοποθετείται σε ένα τεχνητό θρεπτικό μέσο είναι 20 λεπτά. Επομένως, μέσα σε 10 ώρες ένα βακτήριο μπορεί να παράγει απογόνους που αριθμούν έως και ένα δισεκατομμύριο ή περισσότερα άτομα. Είναι αλήθεια ότι καθώς πολλαπλασιάζονται στον ίδιο όγκο του θρεπτικού μέσου, τα επιβλαβή μεταβολικά προϊόντα συσσωρεύονται σε αυτό και οι πόροι τροφίμων εξαντλούνται. Επομένως, ο ρυθμός αναπαραγωγής επιβραδύνεται κάπως και μετά από μια μέρα σχεδόν σταματά εντελώς. Ωστόσο, σε μια καθημερινή καλλιέργεια, ο αριθμός των βακτηρίων μπορεί να φτάσει το ένα έως ενάμισι δισεκατομμύριο σε 1 χιλιοστόλιτρο θρεπτικού ζωμού κρέατος. Με τέτοια πυκνότητα καλλιέργειας, η μάζα των βακτηρίων που την αποτελούν γίνεται ορατή με γυμνό μάτι: ο ζωμός, ο οποίος είναι διαφανής όταν εμβολιάζεται, γίνεται θολό.
Κάτω από φυσικές συνθήκες ύπαρξης, τα μικρόβια πολλαπλασιάζονται επίσης εξαιρετικά γρήγορα και σχηματίζουν μεγάλες μάζες ατόμων σε μικρούς όγκους. Σε μια σταγόνα πύου από ένα απόστημα μπορείτε να βρείτε εκατομμύρια πυογόνα βακτήρια.
Σε παλιά εργοστάσια ζάχαρης, όπου η παραγωγή δεν ήταν μηχανοποιημένη, συχνά βρισκόταν ο γλυκός χυμός τεύτλων (σε τεράστιες δεξαμενές, σε 10-12 ώρες μετατράπηκε σε μια παχύρρευστη βλεννώδη μάζα, σχεδόν εξ ολοκλήρου αποτελούμενη από βακτήρια που μετατρέπουν τη ζάχαρη από τεύτλα σε βισκόζη, δεν είναι πλέον κατάλληλο για παραγωγή ζάχαρης, αυτά τα βακτήρια, που ονομάζονται leuconostocs, εισέρχονται στην δεξαμενή μαζί με το έδαφος που προσκολλάται στην επιφάνεια των τεύτλων.
Μια άλλη ιδιότητα των μικροβίων που συμβάλλει στη διατήρηση και την επιβίωσή τους στη φύση είναι η εξαιρετική αντοχή τους στις επιβλαβείς περιβαλλοντικές επιδράσεις - θερμοκρασία, ξήρανση, ατμοσφαιρική πίεση, τοξικές ουσίες. Ως προς την αντοχή τους, πολλά μικρόβια ξεπερνούν από αυτή την άποψη όλα τα έμβια όντα που είναι γνωστά σε εμάς. Είναι δυνατόν να φανταστούμε έναν οργανισμό που αντέχει να βρίσκεται σε βραστό νερό για πολλές ώρες;
Αποδεικνύεται ότι ορισμένα βακτήρια ικανά να σχηματίσουν τα λεγόμενα σπόρια -σώματα με παχύ κέλυφος και συμπυκνωμένο, αφυδατωμένο πρωτόπλασμα (Εικ. 18) - σε αυτή την κατάσταση παραμένουν βιώσιμα ακόμη και μετά από αρκετές ώρες βρασμού. Τέτοια βακτηριακά σπόρια μπορούν να θανατωθούν μόνο μετά τη θέρμανση τους σε θερμοκρασία 115–125°. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται ειδικές συσκευές, τα λεγόμενα αυτόκλειστα (Εικ. 19). Αυτά τα αυτόκλειστα χρησιμοποιούνται σε εργαστήρια, χειρουργικά τμήματα νοσοκομείων, σε εργοστάσια ντυσίματος, σε εργοστάσια κονσερβοποιίας - όπου είναι απαραίτητο να καταστραφούν όλα τα βακτήρια (συμπεριλαμβανομένων των πιο επίμονων - που σχηματίζουν σπόρους). Αυτή η διαδικασία ονομάζεται αποστείρωση ή αποστείρωση.
Ρύζι. 18.Βακτηριακά σπόρια
Ρύζι. 19.Αεροστεγής λέβης βρασμού
Και πολλά μικρόβια όχι μόνο ανέχονται, αλλά προτιμούν ακόμη και τις υψηλές θερμοκρασίες. Αυτά τα βακτήρια που αγαπούν τη θερμότητα αναπτύσσονται και αναπαράγονται καλά σε θερμοκρασία 60–70°, δηλαδή στη θερμοκρασία στην οποία πήζουν και καταρρέουν οι πρωτεΐνες άλλων οργανισμών. Τέτοια βακτήρια ζουν συνήθως σε θερμές πηγές, σε επιφανειακά στρώματα εδάφους που θερμαίνονται από τον ήλιο, σε σάπια κοπριά κ.λπ.
Τα βακτήρια είναι ακόμη λιγότερο ευαίσθητα στις χαμηλές θερμοκρασίες, στις οποίες εισέρχονται σε κατάσταση ταραχής αλλά δεν πεθαίνουν. Τα βακτήρια μπορούν να αντέξουν πολλές ώρες σε θερμοκρασία υγρού υδρογόνου -253°. Οι χειμερινοί παγετοί γίνονται εύκολα ανεκτοί ακόμη και από τέτοια ήπια βακτήρια που δεν περιέχουν σπόρια όπως το Vibrio cholerae. Ο σοβιετικός μικροβιολόγος καθ. Ο V.O Tauson βρήκε εντελώς βιώσιμα βακτήρια στο μονίμως παγωμένο έδαφος του Παμίρ σε υψόμετρο 4000 μέτρων πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, το οποίο αναπτύχθηκε σε 0°. Και μερικά μικρόβια που αγαπούν το κρύο αναπτύσσονται σε θερμοκρασίες -2° - -4°. Παρεμπιπτόντως, συχνά προκαλούν αλλοίωση των τροφίμων στα ψυγεία. Στις 40° κάτω από το μηδέν, οι ιοί επιμένουν για χρόνια χωρίς να χάνουν τη μολυσματικότητά τους σε ανθρώπους ή ζώα. Μερικά μικρόβια ανέχονται καλά το στέγνωμα.
Τα βακτηριακά σπόρια παραμένουν βιώσιμα σε ξηρή κατάσταση σε κομμάτια γης για δεκαετίες. Στα αποξηραμένα πτύελα ενός ασθενούς, ο βάκιλος της φυματίωσης παραμένει έως και 10 μήνες.
Αυτές οι δύο ιδιότητες των μικροβίων - η ικανότητα να αναπαράγονται πολύ γρήγορα και η αντοχή στις βλαβερές συνέπειες της θερμοκρασίας και της ξήρανσης - τους δίνουν την ευκαιρία να επιβιώσουν σε ποικίλες συνθήκες διαβίωσης και, παρά το ασήμαντο μέγεθός τους, παίζουν μεγάλο ρόλο στον γενικό κύκλο των ουσιών στη φύση.
Πώς συμμετέχουν τα μικρόβια στον κύκλο των ουσιών;
Δεν υπάρχει μέρος στην επιφάνεια του πλανήτη μας όπου δεν υπάρχουν μικρόβια. Και στον Άπω Βορρά, και σε μια αποπνικτική έρημο, σε μια λακκούβα με νερό και στον πυθμένα των θαλασσών και των ωκεανών, στη στρατόσφαιρα και σε βάθος εκατοντάδων μέτρων κάτω από τη γη - τα μικρόβια μπορούν να βρεθούν παντού. Πολλά μικρόβια ζουν στο έδαφος, στην επιφάνεια του σώματος υγιών ζώων και ανθρώπων, στα έντερα και τη στοματική τους κοιλότητα και σε προϊόντα διατροφής. Η επιφάνεια του σώματος και τα έντερα ενός νεογέννητου αποικίζονται από μικρόβια μέσα σε λίγες ώρες μετά τη γέννηση. Μπορούμε να πούμε ότι ολόκληρη η ζωή των ανθρώπων, των ζώων και των φυτών περνά σε συνεχή επικοινωνία με τα μικρόβια.
Αν αποστειρώσουμε, δηλαδή απαλλαγούμε από μικρόβια θερμαίνοντας στους 120° κάποιο αντικείμενο, για παράδειγμα ένα κομμάτι επίδεσμο, και το τοποθετήσουμε σε ένα τραπέζι ενός δωματίου, τότε μέσα σε λίγα λεπτά θα εμφανιστούν δεκάδες, ακόμη και εκατοντάδες από αυτά τα αόρατα πλάσματα. στην επιφάνεια του επιδέσμου, εγκαταστάθηκε στον επίδεσμο από τον αέρα. Ο επίδεσμος θα γίνει στείρος και ακατάλληλος για τον επίδεσμο της πληγής. Από πού προήλθαν τα μικρόβια στον αέρα; Αποδεικνύεται ότι τα μικρόβια, λόγω του εξαιρετικά μικρού τους βάρους, μπορούν να παραμείνουν αιωρούμενα στον αέρα για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα. Και το βάρος των μικροβίων είναι τόσο μικρό που υπάρχουν 100 δισεκατομμύρια βακτήρια ανά 1 γραμμάριο! Με τις πιο μικρές κινήσεις του αέρα, ανεπαίσθητες για εμάς, τα αποξηραμένα μικρόβια αναδύονται από το έδαφος, από αποξηραμένα τρόφιμα και άλλα μέρη όπου ζουν και επιπλέουν στον αέρα για ώρες. Αυτή η ικανότητα να παραμένει αιωρούμενη για μεγάλο χρονικό διάστημα επιτρέπει στα μικρόβια να κινούνται μαζί με τα ρεύματα αέρα σε τεράστιες αποστάσεις και να εξαπλώνονται ευρέως στο εξωτερικό περιβάλλον.
Εάν το μικροβιακό κύτταρο τελικά εγκατασταθεί σε ένα περιβάλλον ευνοϊκό για την ανάπτυξή του, τότε αναδύεται από τη ταραχή και αρχίζει να πολλαπλασιάζεται γρήγορα.
Ποιες συνθήκες είναι ευνοϊκές για τη ζωή των μικροβίων; «Η ζωή είναι ένας τρόπος ύπαρξης πρωτεϊνικών σωμάτων, το ουσιαστικό σημείο του οποίου είναι συνεχής ανταλλαγή ουσιών με την εξωτερική φύση που τις περιβάλλει» ( Φ. Ένγκελς, Διαλεκτική της Φύσης, 1950, σελ. 244).
Για να ζήσει, να αναπτυχθεί και να αναπαραχθεί, ένα μικρόβιο πρέπει να τρώει - πρέπει να επεξεργαστεί ουσίες από το εξωτερικό περιβάλλον σε ουσίες του ίδιου του σώματός του, δηλαδή να αφομοιώσει διάφορες χημικές ενώσεις.
Κατά την ανάπτυξη και ανάπτυξη ενός μικροβιακού κυττάρου, γίνεται πολλή δουλειά. Η ενέργεια για αυτό το έργο παράγεται από την αποσύνθεση χημικών ενώσεων. Αυτή η αποσύνθεση συνοδεύεται από την απελευθέρωση ελεύθερης ενέργειας. Τυπικά, η ελεύθερη ενέργεια απελευθερώνεται κατά την οξείδωση (συνδυασμός με οξυγόνο) διαφόρων ουσιών. Οι ουσίες καίγονται όταν οξειδωθούν. Αυτή η διαδικασία αποτελεί τη βάση της πράξης της αναπνοής.
Έτσι, τα μικρόβια, όπως όλα τα άλλα έμβια όντα, πρέπει να τρώνε και να αναπνέουν.
Εκτός από τη διατροφή - αφομοίωση, σε ένα ζωντανό κύτταρο λαμβάνουν χώρα και διαδικασίες αντίθετης τάξης - σωματίδια ενός ζωντανού σώματος αποσυντίθενται και αντικαθίστανται από νέα. Αυτές οι χημικές ενώσεις που απελευθερώνουν την ενέργεια που απαιτείται για την εργασία ή χρησιμεύουν για την κατασκευή άλλων ουσιών του κυτταρικού σώματος αποσυντίθενται σε ακόμη μεγαλύτερες ποσότητες στο μικροβιακό κύτταρο. Αυτές οι δύο αλληλένδετες διαδικασίες - η διαδικασία της οικοδόμησης της ουσίας του σώματός κάποιου (αφομοίωση) και η διαδικασία της αποσύνθεσης (αποομοίωση) - αποτελούν τη βάση του μεταβολισμού, τη βάση της δραστηριότητας ζωής όλων των ζωντανών πραγμάτων.
Επιστρέφοντας στο προηγούμενο ερώτημα σχετικά με το ποιες συνθήκες είναι ευνοϊκές για τη ζωή ενός μικροβίου, μπορούμε τώρα να απαντήσουμε ότι αυτές οι συνθήκες πρέπει πρώτα από όλα να παρέχουν στο μικρόβιο την ευκαιρία να τραφεί και να λάβει ενέργεια για εργασία.
Γνωρίζουμε ότι για τους ανθρώπους και τα ζώα αυτές οι συνθήκες είναι σχετικά περιορισμένες: για την αναπνοή, οι άνθρωποι και τα ζώα χρειάζονται ελεύθερο οξυγόνο από τον αέρα και για τη διατροφή - σύνθετες έτοιμες οργανικές ουσίες, που περιέχουν απαραίτητα πρωτεΐνες, λίπη, υδατάνθρακες, βιταμίνες, μεταλλικά άλατα και νερό. Είναι επίσης σημαντικό για τα ζώα και τον άνθρωπο αυτές οι ουσίες να είναι σε εύπεπτη μορφή, καθώς δεν μπορούν να αφομοιωθούν και να μετατραπούν όλες οι πρωτεΐνες, οι υδατάνθρακες ή το λίπος στις ουσίες που συνθέτουν το σώμα τους.
Πολλά μικρόβια είναι πολύ λιγότερο απαιτητικά από αυτή την άποψη. Κάθε ζωντανό σώμα αποτελείται από οξυγόνο, υδρογόνο, άζωτο, άνθρακα και μερικά απλά ορυκτά άλατα. Τα μικρόβια καλύπτουν την ανάγκη τους για οξυγόνο και υδρογόνο, που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή του σώματός τους, με νερό. Το νερό περιέχει πάντα τα μεταλλικά άλατα που χρειάζονται, που περιέχουν φώσφορο, θείο, σίδηρο και κάποια άλλα στοιχεία. Πολλά μικρόβια καταναλώνουν τα υπόλοιπα στοιχεία, ιδιαίτερα σημαντικά για την οικοδόμηση του σώματος - άνθρακα και άζωτο - όχι μόνο μέσω πρωτεϊνών, λιπών και υδατανθράκων, αλλά και μέσω σχεδόν όλων των χημικών ενώσεων που περιέχουν αυτά τα δύο στοιχεία. Ακόμη και το ελεύθερο άζωτο στην ατμόσφαιρα αφομοιώνεται από ορισμένα μικρόβια και μετατρέπεται από αυτά σε πρωτεϊνικές ενώσεις που περιέχουν άζωτο στο σώμα τους.
Όσον αφορά την παραγωγή ενέργειας, τα μικρόβια είναι ακόμη πιο διαφορετικά. Η διαδικασία αναπνοής των ανθρώπων, των ζώων και των φυτών καταλήγει στην οξείδωση - η καύση υδατανθράκων (ζάχαρη κ.λπ.) με ελεύθερο οξυγόνο στον αέρα, ως αποτέλεσμα της οποίας ο υδατάνθρακας διασπάται σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό, απελευθερώνοντας σημαντική θερμική ενέργεια . Τα μικρόβια μπορούν να οξειδώσουν όχι μόνο τα σάκχαρα, αλλά και διάφορες άλλες οργανικές (αλκοόλες, αμινοξέα) και ακόμη και ανόργανες ενώσεις, για παράδειγμα, υδρόθειο, αμμωνία, άλατα σιδήρου, καθώς και λάδι, παραφίνη, κερί. Όλα αυτά τα μικρόβια ονομάζονται αερόβια (από την ελληνική λέξη "aer" - αέρας).
Είναι ιδιαίτερα εκπληκτικό το γεγονός ότι ορισμένα μικρόβια μπορούν να λάβουν την ενέργεια που χρειάζονται όχι μόνο μέσω της οξείδωσης των θρεπτικών ουσιών με ελεύθερο οξυγόνο στον αέρα, αλλά και μέσω της διάσπασης σύνθετων ενώσεων χωρίς οξυγόνο. Σε αυτή την περίπτωση, η οξείδωση (και επομένως η απελευθέρωση ενέργειας) συμβαίνει λόγω του οξυγόνου, το οποίο ήταν ήδη σε δεσμευμένη κατάσταση στο μόριο της σύνθετης ένωσης που αποσυντίθεται. Τέτοια μικρόβια ονομάζονται αναερόβια δεν χρειάζονται ελεύθερο οξυγόνο στον αέρα, αντίθετα, για πολλά αναερόβια το οξυγόνο είναι τοξική ουσία. Η αναερόβια διάσπαση των ενώσεων χωρίς άζωτο ονομάζεται ζύμωση. Η ζύμωση του χυμού σταφυλιού κατά τη μετατροπή του σε κρασί, η ξινίση του γάλακτος σε πηγμένο γάλα - όλα αυτά είναι παραδείγματα αναερόβιας, χωρίς άζωτο αποσύνθεσης που παράγεται από μικρόβια.
Είναι σαφές ότι με μια τέτοια εξαιρετική ποικιλία μεθόδων διατροφής και αναπνοής, οι ευνοϊκές συνθήκες για τη ζωή των μικροβίων αποδεικνύονται πολύ ευρύτερες από ό,τι για τους ανθρώπους, τα ζώα και τα ανώτερα φυτά. Η ευρεία κατανομή των μικροβίων στην επιφάνεια της γης μας γίνεται ξεκάθαρη.
Όταν βρίσκονται σε τρόφιμα που είναι τόσο πλούσια σε εξαιρετικά θρεπτικές ενώσεις, τα μικρόβια πολλαπλασιάζονται πολύ γρήγορα. Στην επιφάνεια του ανθρώπινου σώματος, τα μικρόβια τρέφονται με ιστούς, επιθηλιακά κύτταρα και εκκρίσεις των σμηγματογόνων αδένων. Στη στοματική κοιλότητα και τα έντερα, τα μικρόβια βρίσκουν απλώς πολυτελείς συνθήκες διαβίωσης - ζεστασιά, υγρασία, υπολείμματα τροφής - και πολλαπλασιάζονται εδώ όχι χειρότερα από ό,τι σε ένα ζωμό εργαστηρίου. Μερικά μικρόβια καταφέρνουν να εισέλθουν στο αίμα και στα εσωτερικά όργανα ενός ατόμου. Ξεπερνώντας την άμυνα του οργανισμού, τέτοια παθογόνα μικρόβια πολλαπλασιάζονται γρήγορα εδώ, προκαλώντας την ανθρώπινη ασθένεια σε τέτοιες περιπτώσεις.
Στο έδαφος, στο νερό, στην επιφάνεια των βράχων και στα βάθη των θαλασσών και των ωκεανών, τα μικρόβια βρίσκουν επίσης την απαραίτητη ποσότητα τροφής για τον εαυτό τους. Μερικοί τύποι μικροβίων μπορούν να ικανοποιηθούν με τις απλούστερες ενώσεις που περιέχουν άνθρακα και άζωτο ή να αφομοιώσουν μη βρώσιμες ουσίες όπως άνθρακας, λάδι, κηροζίνη, ναφθαλίνη, βενζόλιο, ακόμη και δηλητηριώδες καρβολικό οξύ, εάν χορηγηθεί σε μικρές συγκεντρώσεις (0,05 τοις εκατό ). Είναι σαφές, λοιπόν, ότι η ανάπτυξη μικροβίων συμβαίνει συχνά στις πιο δύσκολες συνθήκες για τη ζωή.
Αυτή η εξαιρετική ικανότητα των μικροβίων να χρησιμοποιούν μια μεγάλη ποικιλία ενώσεων είναι που καθορίζει τον τεράστιο ρόλο τους στον γενικό κύκλο των ουσιών στη φύση.
| <<< Назад
|
Εμπρός >>> |
17555 0
Τα βακτήρια είναι προκαρυωτικά (Εικ. 1.2) και διαφέρουν σημαντικά από τα φυτικά και ζωικά κύτταρα (ευκαρυώτες). Ανήκουν σε μονοκύτταρους οργανισμούς και αποτελούνται από κυτταρικό τοίχωμα, κυτταροπλασματική μεμβράνη, κυτταρόπλασμα, νουκλεοειδές (υποχρεωτικά συστατικά ενός βακτηριακού κυττάρου). Ορισμένα βακτήρια μπορεί να έχουν μαστίγια, κάψουλες και σπόρια (προαιρετικά συστατικά του βακτηριακού κυττάρου).
Ρύζι. 1.2. Συνδυασμένη σχηματική αναπαράσταση προκαρυωτικού (βακτηριακού) κυττάρου με μαστίγια.
1 - κόκκοι πολυυδροξυβουτυρικού οξέος. 2 - σταγονίδια λίπους. 3 - εγκλείσματα θείου. 4 - σωληνοειδή θυλακοειδή. 5 - φυλλώδη θυλακοειδή. 6 - φυσαλίδες? 7 - χρωματοφόρα; 8 - πυρήνας (νουκλεοειδές); 9 - ριβοσώματα. 10 - κυτταρόπλασμα; 11 - βασικό σώμα. 12 - μαστίγια; 13 - κάψουλα? 14 - κυτταρικό τοίχωμα; 15 - κυτταροπλασματική μεμβράνη; 16 - μεσόσωμα; 17 - κενοτόπια αερίου. 18 - ελασματοειδείς δομές. 19 - κόκκοι πολυσακχαρίτη. 20 - πολυφωσφορικοί κόκκοι
Κυτταρικό τοίχωμα
Το κυτταρικό τοίχωμα είναι η εξωτερική δομή βακτηρίων, πάχους 30-35 nm, το κύριο συστατικό του οποίου είναι η πεπτιδογλυκάνη (μουρεΐνη). Η πεπτιδογλυκάνη είναι ένα δομικό πολυμερές που αποτελείται από εναλλασσόμενες υπομονάδες Ν-ακετυλογλυκοζαμίνης και Ν-ακετυλομουραμικού οξέος που συνδέονται με γλυκοσιδικούς δεσμούς (Εικ.1.3).
Ρύζι. 1.3. Σχηματική αναπαράσταση της δομής μιας στιβάδας της πεπτιδογλυκάνης
Παράλληλες αλυσίδες πολυσακχαριτών (γλυκάνης) συνδέονται μεταξύ τους με εγκάρσιες πεπτιδικές γέφυρες (Εικ. 1.4).
Ρύζι. 1.4. Λεπτομερής δομή της δομής της πεπτιδογλυκάνης Τα ανοιχτά και μαύρα κοντά βέλη υποδεικνύουν δεσμούς που διασπώνται από τη λυσοζύμη (μουραμιδάση) και την ειδική μουροενδοπεπτιδάση, αντίστοιχα
Το πλαίσιο πολυσακχαρίτη καταστρέφεται εύκολα από τη λυσοζύμη, ένα αντιβιοτικό ζωικής προέλευσης. Οι πεπτιδικοί δεσμοί είναι στόχοι για την πενικιλίνη, η οποία αναστέλλει τη σύνθεσή τους και εμποδίζει το σχηματισμό κυτταρικού τοιχώματος. Η ποσοτική περιεκτικότητα σε πεπτιδογλυκάνη επηρεάζει την ικανότητα των βακτηρίων να χρωματίζονται κατά Gram. Τα βακτήρια με σημαντικό πάχος της στιβάδας μουρεΐνης (90-95%) χρωματίζονται επίμονα μπλε-ιώδες με βιολετί γεντιανής και ονομάζονται θετικά κατά Gram βακτήρια.
Τα Gram-αρνητικά βακτήρια με ένα λεπτό στρώμα πεπτιδογλυκάνης (5-10%) στο κυτταρικό τοίχωμα χάνουν το ιώδες χρώμα τους μετά την έκθεση στο αλκοόλ και βάφονται επιπλέον με ματζέντα ροζ. Τα κυτταρικά τοιχώματα των θετικών κατά Gram και των αρνητικών κατά Gram προκαρυωτών διαφέρουν έντονα τόσο στη χημική σύνθεση (Πίνακας 1.1) όσο και στην υπερδομή (Εικ. 1.5).
Ρύζι. 1.5. Σχηματική αναπαράσταση του κυτταρικού τοιχώματος σε gram-θετικά (α) και αρνητικά κατά Gram (β) προκαρυωτικά: 1 - κυτταροπλασματική μεμβράνη. 2 - πεπτιδογλυκάνη; 3 - περιπλασματικός χώρος. 4 - εξωτερική μεμβράνη. 5 - DNA
Εκτός από την πεπτιδογλυκάνη, το κυτταρικό τοίχωμα των θετικών κατά Gram βακτηρίων περιέχει τεϊχοϊκά οξέα (πολυφωσφορικές ενώσεις) και σε μικρότερες ποσότητες - λιπίδια, πολυσακχαρίτες και πρωτεΐνες.
Πίνακας 1.1. Χημική σύνθεση κυτταρικών τοιχωμάτων θετικών και αρνητικών κατά gram προκαρυωτών 
Τα Gram-αρνητικά προκαρυωτικά έχουν μια εξωτερική μεμβράνη, η οποία περιλαμβάνει λιπίδια (22%), πρωτεΐνες, πολυσακχαρίτες και λιποπρωτεΐνες.
Το κυτταρικό τοίχωμα των βακτηρίων εκτελεί κυρίως διαμορφωτικές και προστατευτικές λειτουργίες, παρέχει ακαμψία, σχηματίζει μια κάψουλα και καθορίζει την ικανότητα των κυττάρων να προσροφούν φάγους.
Όλα τα βακτήρια, ανάλογα με τη σχέση τους με τη χρώση κατά Gram, χωρίζονται σε θετικά και αρνητικά κατά Gram.
Τεχνική χρώσης κατά Gram
1. Τοποθετήστε διηθητικό χαρτί πάνω στο επίχρισμα και ρίξτε ένα καρβολικό διάλυμα βιολέτας γεντιανής για 1-2 λεπτά.2. Αφαιρέστε το χαρτί, στραγγίστε τη βαφή και, χωρίς να πλύνετε το επίχρισμα με νερό, ρίξτε το διάλυμα Lugol για 1 λεπτό.
3. Στραγγίστε το διάλυμα Lugol και αποχρωματίστε το παρασκεύασμα σε αλκοόλη 96% για 30 δευτερόλεπτα.
4. Ξεπλύνετε με νερό.
5. Βάφουμε για 1-2 λεπτά με υδατικό διάλυμα φούξιν.
6. Πλύνετε με νερό και στεγνώστε.
Ως αποτέλεσμα της χρώσης, τα gram-θετικά βακτήρια βάφονται μοβ, τα gram-αρνητικά βακτήρια βάφονται κόκκινο.
Ο λόγος για τη διαφορετική στάση των βακτηρίων στη χρώση κατά Gram εξηγείται από το γεγονός ότι μετά την επεξεργασία με διάλυμα Lugol, σχηματίζεται ένα αδιάλυτο στην αλκοόλη σύμπλοκο ιωδίου με βιολέτα γεντιανής. Αυτό το σύμπλεγμα στα θετικά κατά Gram βακτήρια, λόγω της ασθενούς διαπερατότητας των τοιχωμάτων τους, δεν μπορεί να διαχυθεί, ενώ στα gram-αρνητικά βακτήρια απομακρύνεται εύκολα με πλύσιμο με αιθανόλη και στη συνέχεια με νερό.
Τα βακτήρια που στερούνται εντελώς κυτταρικού τοιχώματος ονομάζονται πρωτοπλάστες, έχουν σφαιρικό σχήμα και έχουν την ικανότητα να διαιρούνται, να αναπνέουν και να συνθέτουν πρωτεΐνες, νουκλεϊκά οξέα και ένζυμα. Οι πρωτοπλάστες είναι ασταθείς δομές, πολύ ευαίσθητοι στις μεταβολές της οσμωτικής πίεσης, της μηχανικής καταπόνησης και του αερισμού, δεν έχουν την ικανότητα να συνθέτουν τα συστατικά μέρη του κυτταρικού τοιχώματος, δεν μολύνονται από βακτηριακούς ιούς (βακτηριοφάγους) και δεν έχουν ενεργή κινητικότητα.
Εάν, υπό την επίδραση της λυσοζύμης και άλλων παραγόντων, συμβεί μερική διάλυση του κυτταρικού τοιχώματος, τότε τα βακτηριακά κύτταρα μετατρέπονται σε σφαιρικά σώματα, που ονομάζονται σφαιροπλάστες.
Υπό την επίδραση ορισμένων εξωτερικών παραγόντων, τα βακτήρια είναι ικανά να χάσουν το κυτταρικό τους τοίχωμα, σχηματίζοντας μορφές L (που πήραν το όνομά τους από το Ινστιτούτο D. Lister, όπου απομονώθηκαν για πρώτη φορά). τέτοιος μετασχηματισμός μπορεί να είναι αυθόρμητος (για παράδειγμα, στα χλαμύδια) ή να προκληθεί, για παράδειγμα, υπό την επίδραση αντιβιοτικών. Υπάρχουν σταθερές και ασταθείς μορφές L. Τα πρώτα δεν είναι ικανά για αναστροφή, ενώ τα δεύτερα επανέρχονται στις αρχικές τους μορφές αφού αφαιρέσουν τον αιτιολογικό παράγοντα.
Κυτοπλασματική μεμβράνη
Το κυτταρόπλασμα ενός βακτηριακού κυττάρου οριοθετείται από το κυτταρικό τοίχωμα από μια λεπτή, ημιπερατή δομή πάχους 5-10 nm που ονομάζεται κυτταροπλασματική μεμβράνη (CPM). Το CPM αποτελείται από ένα διπλό στρώμα φωσφολιπιδίων διαποτισμένα με μόρια πρωτεΐνης (Εικ. 1.6).
Εικ.1.6. Δομή της πλασματικής μεμβράνης Δύο στρώματα μορίων φωσφολιπιδίου, με υδρόφοβους πόλους ο ένας απέναντι στον άλλο και καλυμμένα με δύο στρώματα σφαιρικών μορίων πρωτεΐνης.
Πολλά ένζυμα και πρωτεΐνες που εμπλέκονται στη μεταφορά θρεπτικών ουσιών, καθώς και ένζυμα και φορείς ηλεκτρονίων των τελικών σταδίων της βιολογικής οξείδωσης (αφυδρογονάσες, σύστημα κυτοχρώματος, ΑΤΡάση) σχετίζονται με το CPM.
Ένζυμα που καταλύουν τη σύνθεση της πεπτιδογλυκάνης, των πρωτεϊνών του κυτταρικού τοιχώματος και των δικών τους δομών εντοπίζονται στο CMP. Η μεμβράνη είναι επίσης η θέση μετατροπής ενέργειας κατά τη φωτοσύνθεση.
Περιπλασματικός χώρος
Ο περιπλασματικός χώρος (περίπλασμα) είναι η ζώνη μεταξύ του κυτταρικού τοιχώματος και του CPM. Το πάχος του περιπλάσματος είναι περίπου 10 nm ο όγκος εξαρτάται από τις περιβαλλοντικές συνθήκες και, κυρίως, από τις οσμωτικές ιδιότητες του διαλύματος.Το περίπλασμα μπορεί να περιλαμβάνει έως και το 20% του συνόλου του νερού του κυττάρου ορισμένα ένζυμα (φωσφατάσες, περμεάσες, νουκλεάσες κ.λπ.) και εντοπίζονται σε αυτό πρωτεΐνες μεταφοράς που φέρουν τα αντίστοιχα υποστρώματα.
Κυτόπλασμα
Τα περιεχόμενα του κυττάρου, που περιβάλλονται από το CPM, αποτελούν το βακτηριακό κυτταρόπλασμα. Αυτό το τμήμα του κυτταροπλάσματος που έχει ομοιογενή κολλοειδή σύσταση και περιέχει διαλυτό RNA, ένζυμα, υποστρώματα και μεταβολικά προϊόντα ορίζεται ως κυτοσόλιο. Το άλλο μέρος του κυτταροπλάσματος αντιπροσωπεύεται από διάφορα δομικά στοιχεία: μεσοσώματα, ριβοσώματα, εγκλείσματα, νουκλεοειδή, πλασμίδια.Τα ριβοσώματα είναι υπομικροσκοπικοί κόκκοι ριβονουκλεοπρωτεΐνης με διάμετρο 15-20 nm. Τα ριβοσώματα περιέχουν περίπου το 80-85% όλων των βακτηριακών RNA. Τα προκαρυωτικά ριβοσώματα έχουν σταθερά καθίζησης 70 S. Είναι κατασκευασμένα από δύο σωματίδια: 30 S (μικρή υπομονάδα) και 50 S (μεγάλη υπομονάδα) (Εικ. 1.7).
Ρύζι. 1.7. Το ριβόσωμα (α) και τα υποσωματίδια του - μεγάλα (β) και μικρά (γ) Τα ριβοσώματα χρησιμεύουν ως τόπος πρωτεϊνικής σύνθεσης.
Κυτοπλασματικά εγκλείσματα
Συχνά, βρίσκονται διάφορα εγκλείσματα στο κυτταρόπλασμα των βακτηρίων που σχηματίζονται κατά τη διάρκεια της ζωής: σταγονίδια ουδέτερων λιπιδίων, κερί, θείο, κόκκοι γλυκογόνου, β-υδροξυβουτυρικό οξύ (ειδικά στο γένος Bacillus). Το γλυκογόνο και το β-υδροξυβουτυρικό οξύ χρησιμεύουν ως εφεδρική πηγή ενέργειας για τα βακτήρια.Μερικά βακτήρια έχουν κρυστάλλους πρωτεΐνης στο κυτταρόπλασμά τους που έχουν τοξική επίδραση στα έντομα.
Ορισμένα βακτήρια είναι ικανά να συσσωρεύουν φωσφορικό οξύ με τη μορφή πολυφωσφορικών κόκκων (κόκκοι βολουτίνης, μεταχρωμικοί κόκκοι). Παίζουν το ρόλο των αποθηκών φωσφορικών αλάτων και ανιχνεύονται με τη μορφή πυκνών σχηματισμών σε σχήμα μπάλας ή έλλειψης, που βρίσκονται κυρίως στους πόλους του κυττάρου. Συνήθως υπάρχει ένας κόκκος σε κάθε πόλο.
Νουκλεοειδές
Το νουκλεοειδές είναι η πυρηνική συσκευή των βακτηρίων. Αντιπροσωπεύεται από ένα μόριο DNA που αντιστοιχεί σε ένα χρωμόσωμα. Είναι κλειστό, βρίσκεται σε ένα πυρηνικό κενό και δεν έχει μεμβράνη που το περιορίζει από το κυτταρόπλασμα.Μια μικρή ποσότητα RNA και RNA πολυμεράσης σχετίζεται με το DNA. Το DNA τυλίγεται γύρω από έναν κεντρικό πυρήνα που αποτελείται από RNA και σχηματίζει μια εξαιρετικά διατεταγμένη συμπαγή δομή. Τα χρωμοσώματα των περισσότερων προκαρυωτικών έχουν μοριακό βάρος στην περιοχή 1-3 x 109, σταθερά καθίζησης 1300-2000 S. Ένα μόριο DNA περιλαμβάνει 1,6 x 10 ζεύγη νουκλεοτιδίων. Οι διαφορές στη γενετική συσκευή των προκαρυωτικών και ευκαρυωτικών κυττάρων καθορίζουν το όνομά του: στο πρώτο είναι ένα νουκλεοειδές (σχηματισμός παρόμοιος με έναν πυρήνα), σε αντίθεση με τον πυρήνα του δεύτερου.
Το νουκλεοειδές των βακτηρίων περιέχει τις βασικές κληρονομικές πληροφορίες, οι οποίες πραγματοποιούνται στη σύνθεση συγκεκριμένων πρωτεϊνικών μορίων. Τα συστήματα αντιγραφής, επιδιόρθωσης, μεταγραφής και μετάφρασης συνδέονται με το DNA ενός βακτηριακού κυττάρου.
Το νουκλεοειδές σε ένα προκαρυωτικό κύτταρο μπορεί να αναγνωριστεί σε χρωματισμένα παρασκευάσματα χρησιμοποιώντας μικροσκόπιο αντίθεσης φωτός ή φάσης.
Σε πολλά βακτήρια, εξωχρωμοσωμικά γενετικά στοιχεία - πλασμίδια - βρίσκονται στο κυτταρόπλασμα. Είναι δίκλωνο DNA κλειστό σε δακτυλίους, που αποτελούνται από 1500-40000 ζεύγη νουκλεοτιδίων και περιέχουν έως και 100 γονίδια.
Κάψουλα
Η κάψουλα είναι ένα βλεννώδες στρώμα του βακτηριακού κυτταρικού τοιχώματος, που αποτελείται από πολυσακχαρίτες ή πολυπεπτίδια. Τα περισσότερα βακτήρια μπορούν να σχηματίσουν μια μικροκάψουλα (πάχους λιγότερο από 0,2 μικρά).Μαστίγια
Τα μαστίγια λειτουργούν ως όργανο κίνησης, επιτρέποντας στα βακτήρια να κινούνται με ταχύτητα 20-60 μm/sec. Τα βακτήρια μπορεί να έχουν ένα ή περισσότερα μαστίγια, που βρίσκονται σε ολόκληρη την επιφάνεια του σώματος ή συλλέγονται σε δέσμες σε έναν πόλο ή σε διαφορετικούς πόλους. Το πάχος των μαστιγίων είναι κατά μέσο όρο 10-30 nm και το μήκος φτάνει τα 10-20 μm.Η βάση του μαστιγίου είναι ένα μακρύ σπειροειδές νήμα (ινίδιο), το οποίο στην επιφάνεια του κυτταρικού τοιχώματος μετατρέπεται σε μια παχύρρευστη καμπύλη δομή - ένα άγκιστρο και συνδέεται με τον βασικό κόκκο, ενσωματωμένο στο κυτταρικό τοίχωμα και στο CPM (Εικ. 1.8).
Ρύζι. 1.8. Σχηματικό μοντέλο του βασικού άκρου του μαστιγίου E. coli, με βάση ηλεκτρονικές μικρογραφίες του απομονωμένου οργανιδίου
Οι βασικοί κόκκοι έχουν διάμετρο περίπου 40 nm και αποτελούνται από πολλούς δακτυλίους (ένα ζεύγος σε θετικά κατά Gram βακτήρια, τέσσερις σε αρνητικούς κατά Gram προκαρυώτες). Η αφαίρεση του στρώματος πεπτιδογλυκάνης του κυτταρικού τοιχώματος οδηγεί σε απώλεια της ικανότητας των βακτηρίων να κινούνται, αν και τα μαστίγια παραμένουν ανέπαφα.
Τα μαστίγια αποτελούνται σχεδόν εξ ολοκλήρου από την πρωτεΐνη flagellin, με μερικούς υδατάνθρακες και RNA.
Αμφισβήτηση
Ορισμένα βακτήρια είναι ικανά να σχηματίσουν σπόρια στο τέλος της περιόδου ενεργού ανάπτυξης. Προηγείται η εξάντληση του περιβάλλοντος σε θρεπτικά συστατικά, η αλλαγή του pH του και η συσσώρευση τοξικών μεταβολικών προϊόντων. Κατά κανόνα, ένα βακτηριακό κύτταρο σχηματίζει ένα σπόρο - ο εντοπισμός των σπορίων είναι διαφορετικός (κεντρικό, τερματικό, υποτελικό - Εικ. 1.9).
Ρύζι. 1.9. Τυπικές μορφές κυττάρων που σχηματίζουν σπόρους.
Εάν το μέγεθος των σπορίων δεν υπερβαίνει το εγκάρσιο μέγεθος του ραβδοειδούς βακτηρίου, τότε το τελευταίο ονομάζεται βάκιλος. Όταν η διάμετρος του σπορίου είναι μεγαλύτερη, τα βακτήρια έχουν σχήμα ατράκτου και ονομάζονται κλωστρίδια.
Όσον αφορά τη χημική σύσταση, η διαφορά μεταξύ των σπορίων και των βλαστικών κυττάρων έγκειται μόνο στην ποσοτική περιεκτικότητα των χημικών ενώσεων. Τα σπόρια περιέχουν λιγότερο νερό και περισσότερα λιπίδια.
Στην κατάσταση των σπορίων, οι μικροοργανισμοί είναι μεταβολικά ανενεργοί, αντέχουν σε υψηλές θερμοκρασίες (140-150°C) και έκθεση σε χημικά απολυμαντικά και παραμένουν για μεγάλο χρονικό διάστημα στο περιβάλλον.
Μόλις εισέλθουν στο θρεπτικό μέσο, τα σπόρια βλασταίνουν σε βλαστικά κύτταρα. Η διαδικασία της βλάστησης των σπορίων περιλαμβάνει τρία στάδια: ενεργοποίηση, αρχικό στάδιο και στάδιο ανάπτυξης. Οι παράγοντες ενεργοποίησης που διαταράσσουν την κατάσταση του λήθαργου περιλαμβάνουν αυξημένη θερμοκρασία, όξινη αντίδραση του περιβάλλοντος, μηχανικές βλάβες, κ.λπ. Ο σπόρος αρχίζει να απορροφά νερό και, με τη βοήθεια υδρολυτικών ενζύμων, καταστρέφει πολλά από τα δικά του δομικά συστατικά. Μετά την καταστροφή των εξωτερικών στοιβάδων, αρχίζει μια περίοδος σχηματισμού ενός βλαστικού κυττάρου με ενεργοποίηση της βιοσύνθεσης, που τελειώνει με κυτταρική διαίρεση.
L.V. Timoschenko, M.V. Τσούμπικ
Τα βακτήρια είναι μια μεγάλη και σημαντική ομάδα μικρών, κυρίως μονοκύτταρων μικροοργανισμών. Ανήκουν σε φυτικούς οργανισμούς, αλλά σχεδόν όλα τα βακτήρια δεν έχουν χλωροφύλλη, γι' αυτό και διαφέρουν από τα πραγματικά φυτά.
Το κύτταρο διαχωρίζεται από το εξωτερικό περιβάλλον με μια πυκνή μεμβράνη - το κυτταρικό τοίχωμα (Εικ. 1). Στα βακτήρια, το κυτταρικό τοίχωμα είναι πολύ λεπτό και φτάνει σε πάχος 10-20 -6 mm. Αυτό είναι ένα πολύ σημαντικό μέρος του κυττάρου: καθορίζει το σχήμα του και το προστατεύει από τις βλαβερές επιπτώσεις του εξωτερικού περιβάλλοντος, αποτελώντας ένα είδος φραγμού.
Ρύζι. 1. Δομή ενός βακτηριακού κυττάρου: 1 - κυτταρικό τοίχωμα. 2 - κυτταρική μεμβράνη. 3 - κυτταρόπλασμα; 4 - ριβοσώματα. 5 - λιπαρά εγκλείσματα. 6 - πυρηνική ουσία (νουκλεοτίδιο με κλώνους DNA). 7 - μεσοσώματα.
Ο εσωτερικός χώρος του κυττάρου κάτω από τη μεμβράνη είναι γεμάτος με ημι-υγρό κυτταρόπλασμα (πρωτόπλασμα). Το κυτταρόπλασμα περιέχει διάφορα δομικά στοιχεία του κυττάρου: ριβοσώματα, μεσοσώματα, πυρηνική ύλη και διάφορα εγκλείσματα - αποθεματικά θρεπτικά συστατικά. Τα ριβοσώματα πραγματοποιούν τη σύνθεση πρωτεϊνών που είναι απαραίτητες για την ανάπτυξη, την αναπαραγωγή και την αντικατάσταση των φθαρμένων μερών του κυττάρου. Τα μεσοσωμάτια είναι ειδικές δομές σε βακτηριακά κύτταρα στις οποίες συμβαίνει η οξείδωση οργανικών ουσιών και η συσσώρευση ενέργειας. Μεταξύ των αποθεματικών θρεπτικών συστατικών, τα κύτταρα βρίσκουν την ουσία που μοιάζει με άμυλο γλυκογόνο, την ουσία που περιέχει άζωτο βολουτίνη, λίπη κ.λπ.
Δίπλα στην κυτταρική μεμβράνη βρίσκεται η κυτταροπλασματική μεμβράνη, η οποία αποτελείται από τρία στρώματα. Περιέχει πολλά ένζυμα και συμμετέχει ενεργά στον μεταβολισμό των κυττάρων, καθώς μεταφέρει τα θρεπτικά συστατικά μέσα και τα μεταβολικά προϊόντα έξω.
Τα βακτήρια έχουν σχήμα ράβδου, σφαιρικό και σύνθετο (Εικ. 2). Τα σφαιρικά βακτήρια ονομάζονται κόκκοι. Διαφέρουν ως προς το μέγεθος και τη σχετική διάταξη των μεμονωμένων κυττάρων.
Ρύζι. 2. Μορφές βακτηρίων: α - μικροκόκκοι; β - στρεπτόκοκκοι; γ - διπλόκοκκοι; d - σταφυλόκοκκοι; δ - μπαστούνια? e - vibrios? g - σπειροχαίτες.
Οι ομάδες δύο κόκκων ονομάζονται διπλόκοκκοι, οι αλυσίδες από κόκκους με τη μορφή περιδέραιου ονομάζονται στρεπτόκοκκοι, οι συστάδες ακανόνιστων σχημάτων με τη μορφή ενός τσαμπιού σταφυλιών ονομάζονται σταφυλόκοκκοι, οι ομάδες κανονικών σχημάτων με τη μορφή σακουλών ονομάζονται σαρκίνη. Τα βακτήρια σε σχήμα ράβδου βρίσκονται με τη μορφή μεμονωμένων κυττάρων, συνδεδεμένων σε δύο, με τη μορφή αλυσίδων κ.λπ.
Μια μεγάλη ποικιλία σχημάτων κυττάρων παρατηρείται στην ομάδα των σπειροειδώς τυλιγμένων βακτηρίων, τα οποία διαφέρουν ως προς το μήκος, το πάχος των κυττάρων, καθώς και τον αριθμό και τη φύση των μπούκλων. Έτσι, τα βακτήρια των οποίων τα κύτταρα είναι ελαφρώς λυγισμένα (όχι περισσότερο από το 1/4 της στροφής) ονομάζονται vibrios.
Τα βακτήρια που έχουν έναν ή περισσότερους κανονικούς στρόβιλους ονομάζονται σπιρίλα. Τα βακτήρια με μακριά, λεπτά, μπερδεμένα κύτταρα και πολυάριθμους μικρούς στρόβιλους ονομάζονται σπειροχαίτες. Υπάρχουν επίσης νηματοειδείς μορφές βακτηρίων: βακτήρια θείου, βακτήρια σιδήρου κ.λπ.
Πολλοί τύποι βακτηρίων είναι ικανοί να κινούνται ενεργά με τη βοήθεια ειδικών οργάνων που ονομάζονται μαστίγια. Τα μαστίγια είναι λεπτές προεκτάσεις του κυτταροπλάσματος, το μήκος των οποίων μπορεί να είναι πολλαπλάσιο του μήκους του κυττάρου. Ο αριθμός και η θέση των μαστιγίων είναι σταθερή για κάθε τύπο βακτηρίου.
Τα βακτήρια με ένα μαστίγιο στο άκρο ονομάζονται μονότριχα, ενώ εκείνα με μια δέσμη μαστιγίων στο άκρο ονομάζονται λοφότριχα. Τα βακτήρια στα οποία βρίσκονται τα μαστίγια στην περιφέρεια του κυττάρου ονομάζονται περιτριχώδη (Εικ. 3). Τα μαστίγια μπορούν να ανιχνευθούν χρησιμοποιώντας ειδική χρώση και μικροσκοπία σε σκοτεινό πεδίο ή σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο.
Ρύζι. 3. Οι κύριοι τύποι διάταξης των μαστιγίων στα βακτήρια: a - monotrich; b-d - lophotrichs; δ - περιτριχ.